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Diesel Engine Fundamentals


Diesel Engine Fundamentals
Diesel Engine Fundamentals
TABLE OF CONTENTS
LIST OF FIGURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii
LIST OF TABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
OBJECTIVES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi

DIESEL ENGINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Diesel Engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Major Components of a Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Diesel Engine Support Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Exhaust System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Operational Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

FUNDAMENTALS OF THE DIESEL CYCLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
The Basic Diesel Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
The Four-Stoke Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
The Two-Stroke Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

DIESEL ENGINE SPEED, FUEL CONTROLS,
AND PROTECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Engine Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Fuel Injectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Operation of a Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Starting Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Engine Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Figure 1 Example of a Large Skid-Mounted, Diesel-Driven Generator . . . . . . . . . . . . . . 2
Figure 2 Cutaway of a Four-Stroke Supercharged Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Figure 3 Cross Section of a V-type Four Stroke Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Figure 4 The Cylinder Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Figure 5 Diesel Engine Wet Cylinder Sleeve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Figure 6 Piston and Piston Rod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Figure 7 Diesel Engine Crankshaft and Bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Figure 8 Diesel Engine Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 9 Diesel Engine Camshaft and Drive Gear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 10 Diesel Engine Valve Train . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figure 11 Diesel Engine Cooling System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figure 12 Diesel Engine Internal Lubrication System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 13 Diesel Engine Fuel Flowpath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figure 14 Oil Bath Air Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Figure 15 Compression Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figure 16 Scavenging and Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figure 17 Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 18 Fuel Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 19 Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Figure 20 Exhaust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 21 2-Stroke Exhaust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 22 2-Stroke Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 23 2-Stroke Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 24 2-Stroke Fuel Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 25 2-Stroke Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 26 Fuel Injector Cutaway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figure 27 Fuel Injector Plunger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 28 Simplified Mechanical-Hydraulic Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 29 Cutaway of a Woodward Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

References:
  Benson & Whitehouse, Internal Combustion Engines, Pergamon.
  Cheremisinoff, N. P., Fluid Flow, Pumps, Pipes and Channels, Ann Arbor Science.
  Scheel, Gas and Air Compression Machinery, McGraw/Hill.
  Skrotzki and Vopat, Steam and Gas Turbines, McGraw/Hill.
  Stinson, Karl W., Diesel Engineering Handbook, Diesel Publications Incorporated.

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